Pesquisadores das colaborações CMS e LHCb do Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (Cern), na Suíça, anunciaram em um artigo publicado na revista Nature a observação, pela primeira vez, de um processo subatômico muito raro.
Eles constataram, por meio de análises conjuntas, que mésons Bs e B0 – partículas elementares pesadas e instáveis, produzidas apenas em colisões de alta energia, como as que ocorrem em aceleradores de partículas, como o LHC, ou pela interação de raios cósmicos no Universo – decaem (transformam-se espontaneamente) em dois múons – partículas atômicas ultraenergéticas.
O trabalho teve a participação de pesquisadores brasileiros vinculados ao Centro de Pesquisa e Análise de São Paulo (Sprace), da Universidade Estadual Paulista (Unesp) e da Universidade Federal do ABC (UFABC), apoiado pela FAPESP; do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF); e da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). O grupo de pesquisadores do Sprace participa da colaboração CMS, do LHC.
“O estudo preciso de decaimentos raros, como dos mésons Bs e B0, é uma estratégia complementar para se investigar de forma indireta a possível existência de uma nova Física além do Modelo Padrão”, disse Sérgio Novaes, professor da Unesp e coordenador do Sprace, à Agência FAPESP.
Novaes explica que o Modelo Padrão da física de partículas – teoria que descreve as forças fundamentais forte, fraca e eletromagnética, bem como as partículas fundamentais que constituem toda a matéria – prevê que a probabilidade de os mésons Bs e B0 decaírem em múons é muito baixa, de cerca de quatro vezes para cada 1 bilhão de méson Bs e uma vez a cada 10 bilhões de méson B0 produzidos.
Uma diferença nas probabilidades de decaimento desses dois mésons possibilitaria a confirmação de teorias que vão além do Modelo Padrão, como a da supersimetria – teoria que prevê que para cada férmion (como quarks, elétrons e neutrinos) há um bóson correspondente, como o de Higgs – encontrado por pesquisadores do LHC em 2012.
Os experimentos realizados pelas colaborações CMS e LHCb, em que fizeram prótons de alta energia se colidirem para criar 1 trilhão de mésons Bs e B0, confirmaram predições do Modelo Padrão com grandes níveis de precisão.
“Os resultados combinados das observações das colaborações CMS e LHCb estão de acordo com as predições do Modelo Padrão e ajudam a eliminar ou restringir uma série de modelos que preveem taxas de decaimento mais elevadas do que as observadas”, disse Novaes.
Análise conjunta
As duas colaborações realizaram suas observações entre 2011 e 2012 e anunciaram seus resultados individualmente para o decaimento de mésons Bs em julho de 2013.
Segundo Novaes, embora os resultados individuais estivessem em acordo, ambos estavam um pouco abaixo do nível de precisão estatística de 5 Sigma, historicamente exigido na área de Física de partículas para atestar o resultado de uma observação.
“Na Física das partículas, 5 Sigma indica 99,9994% de probabilidade de o resultado da medida estar correto e de que há uma chance em 1,75 milhão de se tratar de um desvio estatístico”, explicou.
A análise conjunta dos dados obtidos pelas duas colaborações, levando em conta as correlações e as incertezas, excedeu essa margem de confiança, atingindo 6.2 Sigma.
“Ambas as medidas realizadas pelas duas colaborações individualmente são compatíveis com o Modelo Padrão e permitem estabelecer restrições rigorosas em teorias que vão além dele”, destacam os autores no artigo.
“As medidas precisas das grandezas eletrofracas são uma forma indireta e complementar de se obter limites que predizem novas partículas pesadas”, afirmou Novaes.
As observações das duas colaborações foram feitas com energia de centro de massa do LHC entre 7 e 8 teraelétrons-volts (TeV).
O reinício das operações do LHC nas próximas semanas, registrando colisões com energia no centro de massa de 13 TeV e com feixes mais intensos de prótons, permitirá dobrar a produção de mésons Bs e B0 e, consequentemente, aumentar ainda mais a precisão das medidas das taxas de decaimento dessas partículas.
Além disso, possibilitará a retomada da busca direta por novas partículas pesadas que poderão ser produzidas no acelerador e desvendar qualquer sinal de novos fenômenos que vão além do Modelo Padrão, estimam os pesquisadores da área.
O artigo Observation of the rare Bs0 →µ+µ− decay from the combined analysis of CMS and LHCb data (doi: 10.1038/nature14474) pode ser lido em www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14474.html.
EBC
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